基于水基系統(tǒng)流域健康狀態(tài)評(píng)價(jià)研究

1、基于水基系統(tǒng)的流域健康狀態(tài)基于水基系統(tǒng)的流域健康狀態(tài)評(píng)價(jià)研究評(píng)價(jià)研究2研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀1選題背景選題背景3研究方法和研究?jī)?nèi)容研究方法和研究?jī)?nèi)容4技術(shù)路線技術(shù)路線5創(chuàng)新點(diǎn)創(chuàng)新點(diǎn)論文進(jìn)展安排論文進(jìn)展安排6討論內(nèi)容一、選題背景一、選題背景1.流域健康成為一個(gè)重要的研究問(wèn)題 流域作為一種特殊的區(qū)域，以豐富的水資源哺育著人類(lèi)，灌溉著農(nóng)田，凈化著環(huán)境，以干支流航運(yùn)為聯(lián)系紐帶溝通著全流域。然而，長(zhǎng)期以來(lái)，由于人們對(duì)流域生態(tài)環(huán)境的破壞和對(duì)流域資源的過(guò)度開(kāi)發(fā)和利用，流域水體受到的污染已越來(lái)越嚴(yán)重，植被的破壞、水土流失的加劇、泥石流和洪水頻度的加大及程度的加劇。這些因素已嚴(yán)重影響到流域生態(tài)系統(tǒng)的健康，因此，流域生

2、態(tài)系統(tǒng)健康的研究已日益受到人類(lèi)的重視。越來(lái)越多的國(guó)家和地區(qū)以流域?yàn)閱卧⑸鷳B(tài)系統(tǒng)健康的評(píng)價(jià)體系，恢復(fù)流域生態(tài)系統(tǒng)或從生態(tài)系統(tǒng)健康的角度綜合整治流域環(huán)境。 水基系統(tǒng)指的是一個(gè)包含水本身在內(nèi)的, 由涉水工程和涉水介質(zhì)組成的硬件系統(tǒng)。2.水基系統(tǒng)的提出水基系統(tǒng)河流、湖泊、水域等水體以及與其相關(guān)的蓄水層、河床、湖盆等水的自然載體 流域范圍內(nèi)的修建的堤防、水壩、水閘、蓄滯洪工程、調(diào)水輸水工程等組成的工程體系 泥沙、污染物等涉水介質(zhì) 二、研究現(xiàn)狀二、研究現(xiàn)狀 研究現(xiàn)狀水基系統(tǒng)流域健康研究對(duì)象研究方法二、研究現(xiàn)狀二、研究現(xiàn)狀水基系統(tǒng)具有系統(tǒng)性和綜合性，該系統(tǒng)全面涵蓋了整水基系統(tǒng)具有系統(tǒng)性和綜合性，該系統(tǒng)

3、全面涵蓋了整個(gè)水、氣、生物、土壤、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等諸多方面的內(nèi)容，個(gè)水、氣、生物、土壤、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等諸多方面的內(nèi)容，是對(duì)流域健康狀態(tài)、流域水資源開(kāi)發(fā)利用、區(qū)域水資是對(duì)流域健康狀態(tài)、流域水資源開(kāi)發(fā)利用、區(qū)域水資源承載力等的綜合，是真正意義上的大系統(tǒng)。關(guān)于這源承載力等的綜合，是真正意義上的大系統(tǒng)。關(guān)于這方面的研究目前尚處在初級(jí)階段，相關(guān)研究較少。在方面的研究目前尚處在初級(jí)階段，相關(guān)研究較少。在國(guó)外的研究也限于研究水基系統(tǒng)中的一部分要素、如國(guó)外的研究也限于研究水基系統(tǒng)中的一部分要素、如河流的健康狀態(tài)評(píng)價(jià)與監(jiān)測(cè)、生態(tài)整體性、評(píng)價(jià)指標(biāo)河流的健康狀態(tài)評(píng)價(jià)與監(jiān)測(cè)、生態(tài)整體性、評(píng)價(jià)指標(biāo)體系體系等的研究，并不全面。等的

4、研究，并不全面。二、研究現(xiàn)狀二、研究現(xiàn)狀河流的健康狀態(tài)評(píng)價(jià)與監(jiān)測(cè)河流的健康狀態(tài)評(píng)價(jià)與監(jiān)測(cè)澳大利亞的溪流狀態(tài)指數(shù)、生境預(yù)測(cè)模型、河流狀態(tài)調(diào)查和河流地貌類(lèi)型 英國(guó)的河流生境調(diào)查和河流保護(hù)評(píng)價(jià)系統(tǒng)中國(guó)的改進(jìn)PFU微生物群落法南非的生境綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)、河口健康指數(shù)和河流地貌指數(shù)法 二、研究現(xiàn)狀二、研究現(xiàn)狀Griffith等人利用生物完整性指數(shù)對(duì)美國(guó)南洛基生態(tài)區(qū)進(jìn)行了比較分析。 二、研究現(xiàn)狀二、研究現(xiàn)狀生態(tài)整體性生態(tài)整體性羅躍初，周忠軒等指出流域生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)。流域自然生態(tài)系統(tǒng)又包括陸地生態(tài)系統(tǒng)、水陸交錯(cuò)帶生態(tài)系統(tǒng)和水生生態(tài)系統(tǒng)；健康的流域生態(tài)系統(tǒng)不僅僅是生態(tài)上合理，而且必須是

5、經(jīng)濟(jì)上可行，能夠提供合乎自然和人類(lèi)需要的生態(tài)服務(wù)，且能維持健康的人類(lèi)群體。他們提出在對(duì)流域健康進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)應(yīng)考慮到四個(gè)范疇的指標(biāo)：生態(tài)學(xué)范疇，物理化學(xué)范疇，社會(huì)經(jīng)濟(jì)范疇，人類(lèi)健康范疇。在這四個(gè)大的范疇下面選擇了具體的指標(biāo)用來(lái)評(píng)價(jià)流域健康。生物完整性指數(shù)包括：底棲動(dòng)物完整性指數(shù)、魚(yú)類(lèi)完整性指數(shù)和周叢生物完整性指數(shù) 二、研究現(xiàn)狀二、研究現(xiàn)狀中國(guó)的學(xué)者以“自然條件限制因子-流域生態(tài)健康指示因子-人類(lèi)活動(dòng)影響因子”為評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)建立流域生態(tài)系統(tǒng)健康指標(biāo)評(píng)價(jià)體系 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系評(píng)價(jià)指標(biāo)體系二、研究現(xiàn)狀二、研究現(xiàn)狀美國(guó)的波特蘭市建立一種對(duì)流域健康進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的體系。 澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)和工業(yè)研究組織（CSIRO）的

6、學(xué)者，建立了一種評(píng)價(jià)流域環(huán)境的指標(biāo)體系-流域“健康”診斷指標(biāo) 。評(píng)價(jià)體系分為了3部分：地形地貌因素、流域健康因素、人類(lèi)影響因素，在評(píng)價(jià)體系的各個(gè)部分選取了具體的指標(biāo)以對(duì)流域進(jìn)行健康評(píng)價(jià)，其中，地形地貌因素選取了：氣候、土壤、巖石、流域形態(tài)、水文、植被等因子，流域健康因素包括：生物棲息地、水質(zhì)、植被等因子，人類(lèi)影響因素則是由土地利用率、流域土壤特性、及人類(lèi)的各種水利工程措施對(duì)流域的影響等因子。這種評(píng)價(jià)體系建立在流域的基礎(chǔ)上，因此選擇的指標(biāo)比較全面，并且選擇的指標(biāo)很有代表性，因此能比較客觀地，完整地對(duì)該地區(qū)的流域健康做出評(píng)價(jià)。在對(duì)流域健康進(jìn)行評(píng)價(jià)的時(shí)候選取了三個(gè)方面的因子：健康生態(tài)指示因子，人類(lèi)活

7、動(dòng)影響因子，制約條件，然后在這三個(gè)因子下面選取了具體的評(píng)價(jià)指標(biāo)，例如：在健康生態(tài)指示因子下面選取了水質(zhì)、植被、水土保持、生物多樣性等指標(biāo)，在人類(lèi)活動(dòng)因子方面選取了人口、土地利用、水資源開(kāi)發(fā)等指標(biāo)，在制約條件方面選取了土壤、水文等指標(biāo)。 他們?cè)诤?jiǎn)易性、經(jīng)濟(jì)性、標(biāo)準(zhǔn)性等指標(biāo)原則的基礎(chǔ)上從三方面選擇了29項(xiàng)流域“健康”指標(biāo)：環(huán)境背景指標(biāo)，包括土壤硬度、土壤質(zhì)地、土壤顏色、土壤水分入滲率、土壤分散率、土壤堅(jiān)實(shí)度、土壤化學(xué)元素含量、棉絲測(cè)試、地下水導(dǎo)電性、林木覆蓋率10個(gè)指標(biāo)；環(huán)境變化趨勢(shì)指標(biāo)，包括土層內(nèi)有效根深度、土壤ph值、土壤導(dǎo)電性、水流ph值、水流導(dǎo)電性、水流渾濁度、無(wú)脊椎動(dòng)物數(shù)量、地下水位、裸

8、土比率、外來(lái)雜草覆蓋率10項(xiàng)指標(biāo)；經(jīng)濟(jì)變化趨勢(shì)指標(biāo)，包括土地生產(chǎn)潛勢(shì)、草場(chǎng)干物質(zhì)生產(chǎn)能力、木材平均生產(chǎn)能力、木材平均生長(zhǎng)量、農(nóng)業(yè)/副業(yè)收入、作物蛋白質(zhì)含量、油料產(chǎn)油率、羊毛絲的長(zhǎng)度、奶蛋白質(zhì)/乳脂的含量9項(xiàng)指標(biāo)。（2）剖析水基系統(tǒng)評(píng)價(jià)因子與系統(tǒng)狀態(tài)的復(fù)雜聯(lián)系機(jī)制，調(diào)查分析研究流域健康狀態(tài)歷史及當(dāng)前的評(píng)價(jià)指標(biāo)特點(diǎn)，結(jié)合生態(tài)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，建立合理的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。（1）研究流域健康各指標(biāo)的敏感性及相關(guān)性，篩選描述流域健康狀態(tài)的關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)，揭示各流域健康狀態(tài)關(guān)鍵指標(biāo)的隨機(jī)變化規(guī)律。揭示水基系統(tǒng)評(píng)價(jià)因子與狀態(tài)的關(guān)系，建立基于不同準(zhǔn)則層的流域水基系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，建立流域健康狀態(tài)指標(biāo)庫(kù)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、開(kāi)發(fā)流域

9、水基系統(tǒng)特征屬性隨機(jī)預(yù)測(cè)模型 。三、研究?jī)?nèi)容及研究目標(biāo)三、研究?jī)?nèi)容及研究目標(biāo)（3）分析水基系統(tǒng)狀態(tài)的影響因子和特征屬性）分析水基系統(tǒng)狀態(tài)的影響因子和特征屬性(穩(wěn)定穩(wěn)定態(tài)、和諧度、演進(jìn)率態(tài)、和諧度、演進(jìn)率)的隨機(jī)特征，提示其變化規(guī)律，的隨機(jī)特征，提示其變化規(guī)律，構(gòu)建影響因子及特征屬性的隨機(jī)模擬模型。構(gòu)建影響因子及特征屬性的隨機(jī)模擬模型。揭示研究流域水基系統(tǒng)穩(wěn)定態(tài)、和諧率、演進(jìn)率的時(shí)揭示研究流域水基系統(tǒng)穩(wěn)定態(tài)、和諧率、演進(jìn)率的時(shí)空變化特征，確定變化狀態(tài)邊界，并建立流域水基系空變化特征，確定變化狀態(tài)邊界，并建立流域水基系統(tǒng)特征屬性的隨機(jī)預(yù)測(cè)模型。統(tǒng)特征屬性的隨機(jī)預(yù)測(cè)模型。 三、研究?jī)?nèi)容及研究目標(biāo)三、研究?jī)?nèi)容及研究目標(biāo)五、技術(shù)路線圖五、技術(shù)路線圖（1）基于水基系統(tǒng)的概念，建立流域健康狀態(tài)評(píng)價(jià)模型，求解研究流域水基系統(tǒng)健康狀態(tài)最優(yōu)特征屬性值及指標(biāo)值集，進(jìn)一步推進(jìn)水基系統(tǒng)理論的實(shí)際應(yīng)用研究。（2）利用智能數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)水基系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行復(fù)雜度分析，揭示各評(píng)價(jià)指標(biāo)與流域狀態(tài)準(zhǔn)則的復(fù)雜非線性關(guān)系；采用降維技術(shù)結(jié)合主觀信息與客觀數(shù)據(jù)綜合考慮指標(biāo)的權(quán)重，更合理地確定指標(biāo)權(quán)重。進(jìn)一步完善水基系統(tǒng)理論中評(píng)價(jià)指標(biāo)與水基系統(tǒng)特征屬性間非線性關(guān)系的研究。五、創(chuàng)新點(diǎn)五、創(chuàng)新點(diǎn)2009.10-2010.4流域原始的收